(57)【要約】  本発明は安全性を満足した上で、特定のスイッチ素子に一定電流を流す制御を実施し、より正確なスイッチ素子の寿命判定を行い、かつ、温度検出器の数を低減できる電力変換装置を提供することにある。  上記の課題を解決するために、本発明は制動装置を動作させるあるいは制動機構が動作していることを確認する機構を設け、制動機構の制動トルクの範囲内で回転座標系のｄ軸とｑ軸に電流を流し、所望の素子に所望の電流を与える。さらに、上側半田層の亀裂やワイヤボンディングの剥がれが発生やすい部分のチップと下側半田層の亀裂が発生しやすいチップに限定して温度検出器を取り付ける。  本発明によれば、少ない温度検出器であっても半導体モジュールの正確な寿命評価ができる。
2011111097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ主回路と、該インバータ主回路により駆動されるモータと、該モータを制動させるための制動装置と、前記インバータ主回路を駆動するための指令値を演算する制御回路と、前記制動装置を動作させる、あるいは、前記制動装置が動作していることを確認する機構と、前記インバータ主回路に搭載されるスイッチ素子の温度を検出する温度検出器が設けられた電力変換装置において、
前記制動装置を動作させた状態で、前記制御回路から特定の相に対して所定電流を流す指令を前記インバータ主回路に与え、前記インバータ主回路から前記モータに電流を流し、前記の温度検出器により検出した温度情報に基づいて前記スイッチ素子の寿命を評価することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１の電力変換装置において、
前記制動装置を動作させた状態で特定の相に流す所定電流は、界磁電流成分とトルク電流成分が混合された電流であり、該混合電流により前記モータが発生するトルクは前記制動装置の制動トルクよりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２の電力変換装置において、
前記温度検出器は、前記インバータ主回路を構成するモジュール内の中央部チップと最も外周部に位置するチップの２個であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２の電力変換装置において、
前記所定電流を流す相は、前記温度検出器が温度を検出するチップを含む相であり、所定電流の大きさは相の違いによらず一定値であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項３の電力変換装置において、
前記インバータ主回路を構成する素子モジュールはインバータの三相分のスイッチ素子がすべて搭載された６イン１の形態のモジュールであり、電力変換装置の駆動は定常状態において各相がほぼ均一の損失を発生するように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちの１つの電力変換装置において、
検出した温度値あるいは温度上昇値が、正常時の履歴に対して所定量以上大きくなった場合、または、予め定めた基準温度値あるいは基準温度上昇値を超えた場合には、表示装置に表示する、あるいは、管理センターに発報することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５のうちの１つの電力変換装置において、
検出した温度値あるいは温度上昇値が、正常時の履歴に対して所定量以上大きくなった場合、または、予め定めた基準温度値あるいは基準温度上昇値を超えた場合には、インバータ主回路の出力電力を制限することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちの１つの電力変換装置において、
前記スイッチ素子の寿命評価は、移動体の運転前、あるいは、所定の運転を実施した後の停止状態、あるいは、所定時刻に実施することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
インバータ主回路と、前記インバータ主回路により駆動されるモータと、該モータを制動させるための制動装置と、前記インバータ主回路を駆動するための指令値を演算する制御回路と、前記制動装置を動作させる、あるいは、前記制動装置が動作していることを確認する機構と、前記インバータ主回路に搭載されるスイッチ素子の端子間に電圧検出器とを備えた電力変換装置において、
前記制動装置を動作させた状態で、前記制御回路から前記電圧検出器を接続した相に対して所定電流を流す指令を前記インバータ主回路に与え、前記インバータ主回路から前記モータに電流を流し、前記電圧検出器により検出した電圧情報に基づいて前記スイッチ素子の寿命を評価することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９の電力変換装置において、
前記制動装置を動作させた状態で特定の相に流す所定電流は、界磁電流成分とトルク電流成分が混合された電流であり、該混合電流により前記モータが発生するトルクは前記制動装置の制動トルクよりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項９の電力変換装置において、
前記制動装置を動作させた状態で特定の相に流す所定電流は、界磁電流成分とトルク電流成分が混合された電流であり、該混合電流により前記モータが発生するトルクは前記制動装置の制動トルクよりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のうちの１つの電力変換装置において、
前記電圧検出器により検出した電圧により熱抵抗値を演算し、演算した熱抵抗値が正常時の履歴に対して所定量以上大きくなった場合、または、予め定めた基準熱抵抗値を超えた場合には、表示装置に表示する、あるいは、管理センターに発報することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項９から請求項１１のうちの１つの電力変換装置において、
前記電圧検出器により検出した電圧により熱抵抗値を演算し、演算した熱抵抗値が正常時の履歴に対して所定量以上大きくなった場合、または、予め定めた基準熱抵抗値を超えた場合には、インバータ主回路の出力電力を制限することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３のうちの１つの電力変換装置において、
前記スイッチ素子の寿命評価は、移動体の運転前、あるいは、所定の運転を実施した後の停止状態、あるいは、所定時刻に実施することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電力変換装置に係り、特に移動体をモータ駆動させる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔特許文献１〕に記載された電力変換装置では、ハイブリッド型の車両に搭載された電力変換装置の電力用半導体素子の寿命を判定するために、車両を駆動させる前に所定期間だけ所定値の電流をモータに供給するようにパワートランジスタを駆動する。さらに、パワートランジスタの熱抵抗値を演算し、その熱抵抗値に基づいて寿命を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、〔特許文献１〕では、電流指令としてトルクを発生させない電流（ｄ軸電流）を流すことにより寿命判定を行うため、モータの磁極位置により測定可能なスイッチ素子が変動するため、特定のスイッチ素子に一定の電流を流すことは困難である。また、磁極位置の状態は不定であるため、条件によってはほとんど評価を実施できないスイッチ素子が発生する場合がある。また、回転座標系のｄ軸のみの指令から、磁極位置により選択された固定座標系（ＵＶＷ相）の素子に対して電流を流すことが記載されているが、磁極位置の状態が不定である条件で常に一定の電流値を流すことは困難であり、評価判定に対する誤差が大きくなる恐れがある。さらに、磁極位置により測定可能なスイッチ素子が選択されることから、全てのスイッチ素子に温度検出器を取り付けることが前提であると考えられ、コストの増加や装置実装の複雑さの問題があった。【０００５】
本発明の目的は、安全性を確保した上で、特定のスイッチ素子に一定電流を流す制御を実施し、より正確なスイッチ素子の寿命判定を行い、かつ、温度検出器の数を削減できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するたるために、本発明はインバータ主回路と、該インバータ主回路により駆動されるモータと、該モータを制動させるための制動装置と、前記インバータ主回路を駆動するための指令値を演算する制御回路と、前記制動装置を動作させる、あるいは、前記制動装置が動作していることを確認する機構と、前記インバータ主回路に搭載されるスイッチ素子の温度を検出する温度検出器が設けられた電力変換装置において、前記制動装置を動作させた状態で、前記制御回路から特定の相に対して所定電流を流す指令を前記インバータ主回路に与え、前記インバータ主回路から前記モータに電流を流し、前記の温度検出器により検出した温度情報に基づいて前記スイッチ素子の寿命を評価することを特徴とするものである。【０００７】
更に、本発明は電力変換装置において、前記制動装置を動作させた状態で特定の相に流す所定電流は、界磁電流成分とトルク電流成分が混合された電流であり、該混合電流により前記モータが発生するトルクは前記制動装置の制動トルクよりも小さいことを特徴とするものである。【０００８】
更に、本発明は電力変換装置において、前記温度検出器は、前記インバータ主回路を構成するモジュール内の中央部チップと最も外周部に位置するチップの２個であることを特徴とするものである。【０００９】
更に、本発明は電力変換装置において、前記所定電流を流す相は、前記温度検出器が温度を検出するチップを含む相であり、所定電流の大きさは相の違いによらず一定値であることを特徴とするものである。【００１０】
更に、本発明は電力変換装置において、前記インバータ主回路を構成する素子モジュールはインバータの三相分のスイッチ素子がすべて搭載された６イン１の形態のモジュールであり、電力変換装置の駆動は定常状態において各相がほぼ均一の損失を発生するように制御することを特徴とするものである。【００１１】
更に、本発明は電力変換装置において、検出した温度値あるいは温度上昇値が、正常時の履歴に対して所定量以上大きくなった場合、または、予め定めた基準温度値あるいは基準温度上昇値を超えた場合には、表示装置に表示する、あるいは、管理センターに発報することを特徴とするものである。【００１２】
更に、本発明は電力変換装置において、検出した温度値あるいは温度上昇値が、正常時の履歴に対して所定量以上大きくなった場合、または、予め定めた基準温度値あるいは基準温度上昇値を超えた場合には、インバータ主回路の出力電力を制限することを特徴とするものである。【００１３】
更に、本発明は電力変換装置において、前記スイッチ素子の寿命評価は、移動体の運転前、あるいは、所定の運転を実施した後の停止状態、あるいは、所定時刻に実施することを特徴とするものである。【００１４】
また、上記課題を達成するために、本発明はインバータ主回路と、前記インバータ主回路により駆動されるモータと、該モータを制動させるための制動装置と、前記インバータ主回路を駆動するための指令値を演算する制御回路と、前記制動装置を動作させる、あるいは、前記制動装置が動作していることを確認する機構と、前記インバータ主回路に搭載されるスイッチ素子の端子間に電圧検出器とを備えた電力変換装置において、前記制動装置を動作させた状態で、前記制御回路から前記電圧検出器を接続した相に対して所定電流を流す指令を前記インバータ主回路に与え、前記インバータ主回路から前記モータに電流を流し、前記電圧検出器により検出した電圧情報に基づいて前記スイッチ素子の寿命を評価することを特徴とするものである。【００１５】
更に、本発明は電力変換装置において、前記制動装置を動作させた状態で特定の相に流す所定電流は、界磁電流成分とトルク電流成分が混合された電流であり、該混合電流により前記モータが発生するトルクは前記制動装置の制動トルクよりも小さいことを特徴とするものである。【００１６】
更に、本発明は電力変換装置において、前記制動装置を動作させた状態で特定の相に流す所定電流は、界磁電流成分とトルク電流成分が混合された電流であり、該混合電流により前記モータが発生するトルクは前記制動装置の制動トルクよりも小さいことを特徴とするものである。【００１７】
更に、本発明は電力変換装置において、前記電圧検出器により検出した電圧により熱抵抗値を演算し、演算した熱抵抗値が正常時の履歴に対して所定量以上大きくなった場合、または、予め定めた基準熱抵抗値を超えた場合には、表示装置に表示する、あるいは、管理センターに発報することを特徴とするものである。【００１８】
更に、本発明は電力変換装置において、前記電圧検出器により検出した電圧により熱抵抗値を演算し、演算した熱抵抗値が正常時の履歴に対して所定量以上大きくなった場合、または、予め定めた基準熱抵抗値を超えた場合には、インバータ主回路の出力電力を制限することを特徴とするものである。【００１９】
更に、本発明は電力変換装置において、前記スイッチ素子の寿命評価は、移動体の運転前、あるいは、所定の運転を実施した後の停止状態、あるいは、所定時刻に実施することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、安全性を確保した上で、特定のスイッチ素子に一定電流を流す制御を実施しすることで、より正確なスイッチ素子の寿命判定を実現して、更には、温度検出器の数を削減した電力変換装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。
【図２】第一実施例における素子モジュール内のチップ配置の例を示す図である。
【図３】図２の点線部分の断面図である。
【図４】速度指令に対するジャンクション温度とチップ下温度の例である。
【図５】半導体素子のサイクル寿命特性の一例を示す図である。
【図６】第一実施例における主回路インバータ制御のブロック図である。
【図７】第一実施例における寿命評価のフローチャート図である。
【図８】第一実施例における寿命判定の例である。
【図９】本発明の第二の実施例を示す構成図である。
【図１０】第二実施例における寿命評価のフローチャート図である。
【図１１】第二実施例における寿命判定の例である。
【図１２】第一実施例あるいは第二実施例をエレベータに用いた場合の例である。
【図１３】第一実施例あるいは第二実施例を電気自動車に用いた場合の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の第１の実施例の電力変換装置であり、インバータ主回路１０１，前記インバータ主回路１０１により駆動されるモータ１０２，前記モータ１０２を制動させるための制動装置１０３，前記モータ１０２の磁極位置および回転速度を検出するロータリーエンコーダ１０４，前記インバータ主回路１０１から前記モータ１０２へ出力する電流を検出する電流検出器１０５，前記ロータリーエンコーダ１０４からの磁極位置信号および前記電流検出器１０５からの電流信号を利用して前記インバータ主回路１０１を制御する演算を実施する制御回路１０６，前記制動装置１０３の作動・解除を実施するブレーキ回路１０７，前記インバータ主回路１０１から出力されるスイッチ素子の情報からその寿命を評価する寿命評価回路１０８から構成する。インバータ主回路１０１には素子モジュール１０９が使用されており、第１の実施例では出力の３相（ＵＶＷ相）分の６個のスイッチ素子を１個のモジュールに搭載したいわゆる６イン１モジュールを使用している。【００２４】
図２は図１における素子モジュール１０９の内部のチップ配置例を示す図である。インバータ主回路の各相はＩＧＢＴ，トランジスタ，ＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチ部分とダイオード部分からなるスイッチ素子を直列に接続した構成である。例えば、図１のＵ相正極側のスイッチ素子１０９ＵＰは、図２の点線部分に示すようにスイッチ部分のチップＴupとダイオード部分のチップＤupを搭載した基板で構成され、同様に構成されたＵ相負極側のスイッチ部分のチップＴunとダイオード部分のチップＤunを搭載した基板とで電気的に直列接続した構成になる。また、Ｖ相正極側のスイッチ部分のチップＴvpとダイオード部分のチップＤvpを搭載した基板およびＶ相負極側のスイッチ部分のチップＴvnとダイオード部分のチップＤvnを搭載した基板，Ｗ相正極側のスイッチ部分のチップＴwpとダイオード部分のチップＤwpを搭載した基板およびＶ相負極側のスイッチ部分のチップＴwnとダイオード部分のチップＤwnを搭載した基板についても同様にそれぞれ直列接続した構成になる。図２では左側にＵ相、中央にＶ相、右側にＷ相を配置した構成を例としている。【００２５】
図３は、図２の点線部分（スイッチ部分のチップＴupとダイオード部分のチップＤupを搭載した基板部分）の断面図の例であり、スイッチ部分のチップＴupおよびダイオード部分のチップＤupの下部に上側半田層１１４ａを介して金属パターン１１１ａを接続している。さらに、金属パターン１１１ａは絶縁基板１１２ａを介して金属パターン１１１ｂと接続し、金属パターン１１１ｂは、全ての基板と接続している絶縁基板１１２ｂ，下側半田層１１４ｂを介して金属ベース板１１３に接続した積層構造となっている。また、スイッチ部分のチップＴupおよびダイオード部分のチップＤupは金属導線１１５により金属パターンに接続されている。【００２６】
スイッチ素子の劣化現象は、おもに、インバータの運転／停止の繰り返しによる温度変化により、例えば、金属ベース板１１３と下側半田層１１４ｂにおいて金属間の熱膨張率の違いにより応力が発生して図３の下側半田層１１４ｂのようにクラックが発生する。同様にチップ上での温度変化に起因して、図３の上側半田層１１４ａのようにクラックが発生したり、金属導線１１５の剥がれが発生する。これらのクラック現象や剥がれ現象は放熱の悪化をもたらすため、温度変化量がさらに増加し、チップを破壊に至らせる。【００２７】
図４は、速度指令に対するジャンクション温度とチップ下温度の例である。ここでジャンクション温度はチップの温度であり、チップ下温度はチップ直下部分の金属ベース板１１３の温度である。ジャンクション温度は熱変化の時定数が小さいため、速度が増加する加速領域（出力トルクが大きく比較的大きな電流が流れる領域）で温度が増加し、一定速度領域および減速領域で温度は低下する。一方、チップ下温度は、一般的には熱容量の大きいヒートシンク等の放熱部品に接続されるため、熱時定数は大きくなり運転中に徐々に温度が増加する。熱時定数が大きいことは、温度の上昇は緩やかになる反面、停止時の温度の下降も緩やかになる。このため、運転と停止が頻繁に連続する場合は、停止時にチップ下温度が元の温度まで下降する前に上昇に転じることになり、経過時間に伴って温度は上昇する。さらに、この上昇分が上乗せする形でジャンクション温度のピーク値も増加する。一般的にジャンクション温度の変化分ΔＴjは上側半田層１１４ａのクラックや金属導線の剥がれに影響し、チップ下温度の変化分ΔＴcは下側半田層１１４ｂに影響する。図５は半導体素子のサイクル寿命特性の一例を示す図である。スイッチ素子の寿命はジャンクション温度の変化分ΔＴjおよびチップ下温度の変化分ΔＴcに反比例して短くなる。【００２８】
下側半田層１１４ｂのクラックに着目した場合、応力歪の関係から下側半田層１１４ｂの外周部分から中央に向かって進展していく傾向がある。このため、外周部に近いチップ（図２の例の場合はＤup，Ｄun，Ｄwp，Ｄwnに該当）から放熱が悪化していき、該当のチップ上での温度上昇が大きくなる。一方、上側半田層１１４ａのクラックや金属導線１１５の剥がれに着目した場合、中央部分のチップから発生しやすくなる。これは、インバータの主回路自体は、一般的には各相とも均等に熱損失を発生するが、図２のチップ配置においては、他相の発熱による熱干渉の影響を受けるため、金属ベース板１１３上では中央部分が最も高温になることが要因である。この結果、中央部分のチップ部分（図２の例の場合はＴvp，Ｔvnに該当）の上側半田層１１４ａのクラックや金属導線１１５の剥がれが顕著になる。上側半田層１１４ａのクラックが発生する場合は下側半田層１１４ｂの場合と同様に放熱の悪化が生じるため該当チップの温度が上昇する。また、金属導線１１５が剥がれる場合も抵抗分が増加することから該当チップの温度上昇が発生する。したがって、図２に示すように中央部分のチップと最も外周部分のチップのみに温度検出用ダイオードや熱電対などの温度検出器１１０ａ，１１０ｂを接続して温度を評価することにより、下側半田層１１４ｂの劣化および上側半田層１１４ａの劣化・金属導線１１５の剥がれの最も顕著な部分を検出できる。【００２９】
次に、第一実施例におけるインバータ主回路１０１の制御について説明する。図６は第１の実施例における主回路インバータ制御のブロック図である。図６では、電流検出器５から得られる固定座標系の各相（ｕｖｗ相）の電流信号を３相／２相変換部１１６により、回転座標系（ｄq相）の信号（Ｉdf，Ｉqf）に変換する。回転座標系のｄ軸とｑ軸は直交しており、一般的にはｄ軸はモータの界磁成分、ｑ軸はモータのトルク成分を扱う軸になる。つまり、モータ１０２の制御においては回転座標系に変換することにより、界磁とトルクを独立して制御することが可能になる。前記の回転座標系の信号（Ｉdf，Ｉqf）は、電流指令値（Ｉd*，Ｉq*）に追従させるため、それぞれの差分をｄ軸電流制御系１１７ｄおよびｑ軸電流制御系１１７ｑに入力する。さらに、その出力結果（回転座標系における電圧指令）を２相／３相変換部１１８に入力することにより固定座標系に変換し、パルス幅変調変換部１１９によりパルス幅を制御した矩形波パルスを生成し、インバータ主回路１０１の各素子の電圧指令とする。【００３０】
正確な温度評価を実施するためには、特定のスイッチ素子に対して常に一定の電流を流して評価をする必要がある。つまり、固定座標系の特定の相の半導体スイッチに一定の電流を流すための回転座標系における電流指令値（Ｉd*，Ｉq*）の決め方が重要になる。〔式１〕に、回転座標系と固定座標系の関係式を示す。【００３１】
【数１】
2011111097.tif 000003
【００３２】
〔式１〕において、θはモータ１０２の磁極位置である。ここで、図２におけるＶ相の素子を評価することを仮定してＶ相出力に対して一定電流量Ｉconstを流す場合、例えば、Ｕ相，Ｗ相に戻る電流をそれぞれ−Ｉconst／２として〔式１〕に代入すると、【００３３】
【数２】
2011111097.tif 000004
となる。したがって、〔式２〕に基づいて図６の電流指令値（Ｉd*，Ｉq*）を設定することにより、Ｖ相に所望の電流を流すことが可能になる。また、同様の計算によりＵ相あるいはＷ相に対しても所望の電流を流すことができる。【００３４】
しかしながら、〔式２〕ではトルク軸（ｑ軸）に対しても電流を流すことになるため、モータが回転し、移動体を動作させてしまう恐れがある。そこで、本発明では、図１のブレーキ回路１０７によりモータ１０２の制動装置を動作させる或いは制動機構が動作していることを確認させ、制動装置が動作している条件で〔式２〕の指令を与えて所望の電流を流す。これにより、安全性を確保した上で所望の相の素子に所望の電流を流すことができる効果がある。また、〔式１〕，〔式２〕により与えられる電流により発生するトルクは、制動装置１０３の制動トルクの範囲内であることは言うまでもない。【００３５】
次に、図２の各相のチップに流れる電流について説明する。〔式２〕ではＶ相の出力電流を制御できるが、例えばインバータ主回路１０１からモータ１０２方向に電流が流れるように設定した場合において正極側のスイッチ部分のチップＴvpに流れる場合と負極側のスイッチ部分ダイオード部分のチップＤwpに流れる場合がある。これは、パルス幅で与える電圧指令値のデューティ比により配分される。第１の実施例では、制動装置１０３によりモータ１０２をロック状態にしているため、モータに誘起電圧は発生しない。つまり、制動装置１０３で制動している効果により、指令電圧の振幅は極めて小さくなり、デューティ比はほぼ５０％、つまり、正極側のスイッチ部分のチップＴvpと負極側のスイッチ部分ダイオード部分のチップＤwpには実効的にＩconst／２の電流が流れる（厳密には、磁極位置θによりデューティ比に微小なバラツキが生じるが、寿命推定に対しての影響は極めて小さい）。【００３６】
次に、図７の第１の実施例における寿命評価のフローチャートにより寿命評価の一連の動作を説明する。まず、スタートした後で、ステップ１２０で制動装置１０３を駆動する。ここでは、図１のブレーキ回路１０７により確実に制動装置を駆動させる或いは制動装置が駆動していることを確認する。次に、ブロック１２１によりモータ１０２の磁極位置を確認する。これは、図１のロータリーエンコーダ１０４により検出することができる。次に、ステップ１２２により〔式１〕，〔式２〕の演算で電流指令値を演算し、ステップ１２３により対象とする相に電流を流す。ここで、電流を流す相は、上側半田層１１４ａのクラックおよび金属導線１１５の剥がれの評価に対してはＶ相であり、下側半田層１１４ｂのクラックに対しては温度検出器１１０ａを取り付けた相（図２の場合はＷ相）である。次に、ステップ１２４により、温度検出器１１０ａあるいは温度検出器１１０ｂを使用して温度検出を実施し、ステップ１２５において、図１の寿命評価回路１０８により寿命判断を行う。【００３７】
図８は第１の実施例における寿命判定の例である。一定の出力相電流を流した場合、温度は通流時間に応じて増加する。異常時の場合は前述の通り放熱が悪化するため正常時に対して温度は著しく増加する。正常時と異常時の差異は出力電流の振幅が大きいほどあるいは通流時間が長いほど顕著になる。図８のように、指令値によって発生するトルクが制動装置の制動トルク以下になる範囲で電流振幅をできるだけ大きくなるように設定することにより評価時間を短縮できる効果がある。図１の寿命評価回路１０８では、所定振幅の電流を所定時間与えた場合の正常時の温度あるいは温度上昇値の履歴に対し、所定量以上の温度になった場合あるいは温度上昇があった場合に異常とみなす。または、温度検出器で検出した温度あるいは温度の上昇値が予め設けた基準温度あるいは基準上昇温度を超えた場合に異常とみなす。異常と判断した場合は異常信号を出力し、図１に示すように表示装置に異常状態を表示させたり、又は、管理センター等に異状信号を発報する、そして、制御回路に制限をかけた運転（例えば、出力電流を所定値以下に制限する等）を行う等の処理を実施する。【００３８】
なお、第１の実施例では、全ての相のスイッチ素子が１個のモジュールに搭載された６イン１モジュールを対象としているが、１個のモジュール内にスイッチ素子を並列接続した構成の１イン１モジュールや２イン１モジュールにおいても同様の方法で寿命判定が可能である。【００３９】
この場合は、中央部と最も外周部の位置するチップは同じ相になるため、評価を実施したい相に図７のフローチャートの処理を実施することで、上側半田層１１４ａのクラックおよび金属導線１１５の剥がれの評価および下側半田層１１４ｂのクラックを同時に評価できる。本発明では、１個のモジュール当たり最低２個の温度検出器で極めて正確に寿命判断を実施することができる。【００４０】
また、第１の実施例では、ロータリーエンコーダ１０４を使用してモータ１０２の磁極位置を検出しているが、例えば、ロータリーエンコーダ１０４を使用せず、モータ１０２のインダクタンスの突極性などを利用してモータ電流情報から磁極位置を推定する位置センサレス方式を使用したシステムに本発明を適用しても良いことは言うまでもない。
【実施例２】
【００４１】
図９は本発明の第２の実施例の電力変換器であり、第１の実施例におけるインバータ主回路１０１において、被測定対象のスイッチ素子（図９では第１の実施例で示した通り最も劣化が激しくなる中央部分に位置するＶ相の正極側のスイッチ素子）にコレクタ−エミッタ間の電圧を検出するための電圧検出器１２６を接続した構成である。第２の実施例の構成では、第１の実施例の温度検出器１１０ｂを使用することなく、上側半田層１１４ａのクラックおよび金属導線１１５の剥がれの評価を実施できる。図１０は第２の実施例における寿命評価のフローチャートである。まず、図７の第１の実施例の場合と同様にブロック１２７により制動装置１０３を駆動し、ブロック１２８によりモータの磁極位置を確認する。〔式１〕，〔式２〕の演算で電流指令値を演算する。ただし、第２の実施例で与える電流指令値は図１１の第２の実施例における寿命判定の例に示すように矩形波状の電流を与える（図１１では、まず小電流を流し、次にパルス状に大電流を一定時間流した後に小電流に切り替える）。これは、〔式１〕，〔式２〕におけるＩconstの値を時間的に変化させることにより実現できる。次に、ブロック１３０により前記の電流指令を流すようにインバータ主回路を動作させ、ブロック１３１により、電圧検出器１２６により電圧を検出する。この場合の検出電圧は図１１のように大電流が流れた状態で電圧は上昇する。次に、ブロック１３２の寿命判断ブロックでは、寿命評価回路１０８により、検出した電圧の差分ΔＶceから熱抵抗成分を演算する。つまり、上側半田層１１４ａのクラックおよび金属導線１１５の剥がれが発生している場合は熱抵抗成分が大きくなっており、電圧の差分ΔＶceを増加させる。寿命評価回路１０８では、所定の電流を所定時間与えた場合の熱抵抗値の履歴に対し、所定量以上の熱抵抗値になった場合に異常とみなす。あるいは、演算した熱抵抗値が予め設けた基準熱抵抗値を超えた場合に異常とみなす。異常と判断した場合は、第１の実施例と同様に異常信号を出力し、表示装置に異常状態を表示させたり、又、管理センター等に発報する、更に、制御回路に制限をかけた運転をさせる等の処理を実施する。本発明では、温度検出器を使用せず電圧検出で寿命評価を実施できる効果がある。【００４２】
第１の実施例あるいは第２の実施例の寿命評価は、移動体の運転前や所定の運転を実施した後の停止状態に実施する。これにより、移動体の動作に支障を与えることを防止できる。あるいは、日単位あるいは週単位などで所定の定刻になった場合（例えば、真夜中の使用していない時刻）に処理を実施する形態であっても良い。【００４３】
図１２は第１の実施例あるいは第２の実施例をエレベータの駆動システムに用いた場合の例である。モータ１０２には綱車１３３が接続され乗りかご１３４および釣り合いおもり１３５を昇降させる。この場合は、ブレーキ回路１０７により制動装置１０３が動作していることを確認し、制御回路１０６はインバータ主回路１０１に所定の電流を流すように指令を与える。さらに、寿命評価回路１０８により、インバータ主回路１０１内の素子の寿命判断を実施し、異常と判断した場合には管理センターに発報する。図１２の場合においては、制動装置１０３が動作しているため、インバータ主回路１０１に評価用の電流を流しても乗りかご１３４は動作しない。また、エレベータの場合は、深夜など利用者の少ない時間帯に寿命評価の処理を実施しても良い。あるいは、遠隔での診断動作の一環として実施しても良い。さらに、エレベータのみならず、クレーン等のシステムに適用することも可能である。【００４４】
図１３は第１の実施例あるいは第２の実施例を電気自動車に用いた場合の例である。電気自動車１３６の駆動システムとして電力変換器を用いており、モータ１０２にはタイヤ１３７が接続された構成である。この場合は、ブレーキ回路１０７により制動装置１０３を強制的に動作させる或いは制動装置１０３が動作していることを確認する。この場合の制動装置は、フットブレーキ１３８を動作させた場合と同様に制動トルクを与えるものである。そして、制動装置１０３が動作している条件で、制御回路１０６はインバータ主回路１０１に所定の電流を流すように指令を与える。さらに、寿命評価回路１０８により、インバータ主回路１０１内の素子の寿命判断を実施し、異常と判断した場合には、表示モニターに表示させて利用者に修理等を促したり、又、電気自動車の管理センター等に無線等で発報したり、更に、制御回路に制限をかけた運転をさせる等の処理を実施することが可能である。図１３の場合においても、制動装置１０３が動作しているため、インバータ主回路１０１に評価用の電流を流しても電気自動車１３６は動作しない。また、電気自動車１３６の場合は、運転前に評価を実施しても良い。また、図１３は電気自動車を例に記載したが、ハイブリッド自動車，カート，電動建機などであっても本発明を適用できることは言うまでもない。【００４５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様々変形して実施できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は産業上の一般的な電力変換装置に適用すること、特に移動体をモータ駆動させる電力変換装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０１  インバータ主回路
１０２  モータ
１０３  制動装置
１０４  ロータリーエンコーダ
１０５  電流検出器
１０６  制御回路
１０７  ブレーキ回路
１０８  寿命評価回路
１０９  素子モジュール
１０９ＵＰ  Ｕ相正極側スイッチ素子
１１０ａ，１１０ｂ  温度検出器
１１１ａ，１１１ｂ  金属パターン
１１２ａ，１１２ｂ  絶縁基板
１１３  金属ベース板
１１４ａ  上側半田層
１１４ｂ  下側半田層
１１５  金属導線
１２６  電圧検出器
１３３  綱車
１３４  乗りかご
１３５  釣り合いおもり
１３６  電気自動車
１３７  タイヤ
１３８  フットブレーキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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